一起500 kV電容式電壓互感器二次電壓異常下降故障分析

熊亮，韋宇，庹印和

一起500 kV電容式電壓互感器二次電壓異常下降故障分析

熊亮，韋宇，庹印和

（南方電網(wǎng)超高輸電公司百色局，廣西 百色 533000）

針對(duì)一起500 kV電容式電壓互感器二次電壓異常下降的故障，通過(guò)對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、故障錄波波形、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及解體檢查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)電容式電壓互感器二次電壓下降的主要原因是鐵磁諧振引起電容式電壓互感器的分壓電容器內(nèi)部電容單元擊穿，最后根據(jù)故障原因提出線路發(fā)生故障時(shí)線路CVT應(yīng)采取的運(yùn)維措施。

電容式電壓互感器（CVT）；鐵磁諧振；故障分析；運(yùn)維措施

2019-07，廣西500 kV某變電站一條500 kV W線路連續(xù)發(fā)生兩次單相故障跳閘，發(fā)現(xiàn)500 kV W線路CVT B相較A、C相二次電壓下降，給系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。為了消除隱患及找出設(shè)備原因，從設(shè)備結(jié)構(gòu)、故障錄波波形、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及解體檢查等方面詳盡闡述了故障診斷與分析過(guò)程，確定設(shè)備因鐵磁諧振引起電容分壓器內(nèi)部電容元件擊穿所致，并由此提出線路發(fā)生故障時(shí)線路CVT應(yīng)采取的運(yùn)維措施。

1 故障情況說(shuō)明

2019-07-29T20：47：11、2019-07-29T20：52：45，500 kV W線B相分別故障跳閘并自動(dòng)重合成功。

2019-07-29T22：00左右，500 kV某變電站巡檢人員接調(diào)度通知，“500 kV W線失步解列裝置告警”信號(hào)未復(fù)歸，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)500 kV W線A套、B套失步解列裝置面板“TV”“裝置異常”燈亮，二次電壓采樣a為60.64 V，b為54.67 V，c為60.44 V，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)500 kV W線串補(bǔ)CVT二次側(cè)電壓a為60.67 V，b為54.73 V，c為60.52 V。

2019-07-29T23：30左右，變電檢修人員進(jìn)站檢查，根據(jù)故障波形、二次側(cè)電壓，初步判斷為500 kV W線串補(bǔ)CVT B相內(nèi)部存在電容元件擊穿。

2019-07-30，檢修500 kV某變電站500 kV W線轉(zhuǎn)，并對(duì)500 kV W線串補(bǔ)CVT B相進(jìn)行更換并開(kāi)展相關(guān)交接試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足要求，恢復(fù)帶電運(yùn)行。

2 故障CVT基本情況說(shuō)明

2.1 故障CVT基本情況

故障CVT于2005-06生產(chǎn)，2005-12投運(yùn)，其參數(shù)具體如表1所示。

2.2 故障CVT基本工作原理及組成元器件說(shuō)明

表1 故障CVT技術(shù)參數(shù)

設(shè)備型號(hào)TYD2 500/-0.005H 額定一次電壓500/kV 二次繞組1a1n額定電壓100/V 二次繞組2a2n額定電壓100/V 剩余繞組dadn額定電壓100 V

注：C—載波電容；C1—高壓電容；C2—中壓電容；XL—電磁單元低壓端子；—接地端子；L—補(bǔ)償電抗器；N—載波通訊端子（即低壓端子，未暴露在風(fēng)雨中）；J—帶有避雷器的載波結(jié)合設(shè)備（用戶(hù)自備）；1a1n……—二次繞組1a1n……端子；dadn—剩余電壓繞組端子；UP—一次電壓；A′—中壓端子；T—中壓變壓器；D—阻尼裝置；P—保護(hù)器件。

3 故障原因分析

3.1 故障波形分析

從“1 故障情況說(shuō)明”中可知，500 kV W線串補(bǔ)CVT B相受到兩次單相接地故障沖擊，兩次故障錄波圖形如圖4、圖5所示。CVT在典型試驗(yàn)電壓下鐵磁諧振的二次電壓試驗(yàn)波形如圖6所示。

500 kV W線串補(bǔ)CVT B相故障后二次側(cè)電壓及開(kāi)口電壓數(shù)據(jù)如表2所示。

圖2 CVT C11、C12結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 CVT C13+C2結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 500 kV W線B相第一次單相故障錄波波形

圖5 500 kV W線B相第二次單相故障錄波波形

圖6 CVT在典型試驗(yàn)電壓下鐵磁諧振的二次電壓試驗(yàn)波形

通過(guò)圖4與圖6中CVT典型試驗(yàn)電壓下鐵磁諧振的二次電壓波形對(duì)比，發(fā)現(xiàn)500 kV W線串補(bǔ)CVT B相在第一次單相故障150～1 040 ms區(qū)間發(fā)生鐵磁諧振。根據(jù)表2可知，500 kV W線串補(bǔ)CVT B相發(fā)生鐵磁諧振后發(fā)生如下變化：二次電壓由60 V左右降至56 V左右，同時(shí)較正常的A、C相二次電壓低5.5 V左右；剩余繞組的零序電壓值從0 V升至10 V左右。同時(shí)，結(jié)合圖5可以看出，500 kV W線串補(bǔ)CVT B相發(fā)生第二次單相故障前后，二次電壓值、剩余繞組的零序電壓值均未發(fā)生明顯變化，與第一次故障后基本情況基本相同。

綜上所述，500 kV W線串補(bǔ)CVT B相在第一次單相故障中發(fā)生鐵磁諧振，內(nèi)部存在的故障引起二次電壓下降。

3.2 電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.2.1 絕緣電阻試驗(yàn)

對(duì)故障CVT的電容器C11、C12、C13、C2、C13+C2及中間變一、二次繞組、低壓端N分別進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足南方電網(wǎng)公司Q/CSG1206007—2017《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》。

3.2.2 電容量、介損試驗(yàn)

對(duì)故障CVT的電容器C11、C12、C13、C2、C13+C2分別開(kāi)展電容量、介損試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表2 500 kV W線串補(bǔ)CVT B相故障后二次側(cè)電壓及開(kāi)口電壓數(shù)據(jù)

時(shí)間相別 A相/VB相/VC相/V開(kāi)口三角零序電壓/V B相第一次故障前60.47560.34660.3760.287 B相第一次故障后61.98156.12461.73610.164 B相第二次故障前62.35256.35962.05210.380 B相第二次故障后62.29756.42862.03710.206

表3 500 kV W線串補(bǔ)CVT B相出廠數(shù)據(jù)、故障后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

位置項(xiàng)目 電容量介損 故障前（出廠數(shù)據(jù)）故障后（實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)）變化量故障前（出廠數(shù)據(jù)）故障后（實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)）變化量 電容元件數(shù)量n/個(gè)電容量C出廠值/nF電容元件數(shù)量m/個(gè)電容量C實(shí)測(cè)值/nF電容元件數(shù)量x/個(gè)電容量變化率/（%）tanδ/（%）tanδ/（%）介損增長(zhǎng)幅度/（%） C1115415.44153.0115.54-0.990.650.0550.174+216.4 C1215415.35153.9015.36-0.100.070.0530.0589.43 C13+C215415.23146.0316.06-7.96+5.450.0450.625+1 288.9 C1312818.06122.1818.92-5.82+4.760.0511.262+2 374.5 C22696.6323.86105.3-2.14+8.970.0470.461+880.9

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：故障CVT的電容器C13+C2、C13、C2電容量變化超過(guò)南方電網(wǎng)公司Q/CSG1206007—2017《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》中要求的（±2）%范圍，引起故障CVT變比變化，進(jìn)一步引起二次電壓變化（計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)“3.2.3.1”）；通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)故障CVT的電容器C11、C13+C2、C13、C2分別損壞約1、8、6、2個(gè)電容單元（計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)“3.2.3.2”）；故障CVT的電容器C11、C13+C2、C13、C2的介損值接近或超過(guò)南方電網(wǎng)公司Q/CSG1206007—2017《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》中要求的（≤0.2%）范圍，增長(zhǎng)幅度達(dá)到216%～881%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)套管運(yùn)維管控的通知》中規(guī)定的介損增長(zhǎng)幅度小于等于30%標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.2.3.1 CVT故障前后變比變化的計(jì)算過(guò)程

由3.2.2分析結(jié)論可知，CVT的電容器C11、C13+C2、C13、C2電容量的變化，引起CVT的變比變化。通過(guò)假設(shè)中間變壓器的變比不變，來(lái)計(jì)算CVT故障前后CVT變比的變化，過(guò)程如下。

CVT變比計(jì)算公式如下：

故障后變比：

故障前后變比的變化率?=+（5 341.24－5 000）/5 000= +6.823%。

綜上所述，CVT故障后的變比變大。當(dāng)系統(tǒng)電壓不變的情況下，二次電壓將偏小，這與表2中故障相實(shí)測(cè)二次電壓偏小的異?，F(xiàn)象對(duì)應(yīng)。

3.2.3.2 故障CVT的電容器內(nèi)部電容單元損壞數(shù)量的計(jì)算過(guò)程

以電容器C13+C2為例來(lái)說(shuō)明電容器損壞電容單元損壞數(shù)量的計(jì)算過(guò)程，其他部位電單元損壞的數(shù)量以此類(lèi)推。 具體過(guò)程如下：①計(jì)算電容器C13+C2內(nèi)部每個(gè)電容單元的出廠電容量（默認(rèn)每個(gè)電容單元的電容量相同）。單元=出廠值×=15.23×154 nF=2 345.42 nF。②計(jì)算電容器C13+C2故障后內(nèi)部電容單元的數(shù)量。=單元÷單元=2 345.42÷16.06= 146.03個(gè)。③故障后電容器C13+C2中損壞電容單元數(shù)量=－=154－146.03=7.96個(gè)≈8個(gè)。

3.3 返廠解體檢查

經(jīng)返廠解體，結(jié)果如表4所示。

表4 500 kV W線串補(bǔ)CVT B相返廠解體結(jié)果

部位數(shù)量 出廠電容元件數(shù)量n/個(gè)電容元件損壞數(shù)量n/個(gè)電容單元損壞部位（從上往下數(shù)） C111541第4個(gè) C121540/ C131286第19、27、29、30、31、32個(gè) C2262第8、9個(gè)

CVT電容芯結(jié)構(gòu)如圖7所示。解體照片分別如圖8、圖9、圖10所示。

圖7 CVT電容芯結(jié)構(gòu)

圖8 C11第4個(gè)電容單元損壞照片

圖9 C13第19、27、29、30、31、32個(gè)損壞照片

圖10 C2第8、9片電容單元損壞照片

綜上所述，故障CVT解體檢查結(jié)果與“3.2.2、3.2.3.2”理論推算結(jié)果基本一致。

3.4 故障原因

結(jié)合故障波形、電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果及解體檢查情況，造成500 kV CVT二次電壓異常升高的原因是CVT在第一次單相故障時(shí)發(fā)生鐵磁諧振，造成電容器C11、C13+C2、C13、C2內(nèi)部部分電容單元擊穿，引起C1與C2分壓比變大，導(dǎo)致CVT整體變比增大，從而引起二次電壓下降。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)設(shè)備結(jié)構(gòu)、故障錄波波形、試驗(yàn)數(shù)據(jù)及解體檢查等方面詳盡闡述了CVT二次電壓異常下降的原因，為今后線路CVT運(yùn)維過(guò)程提出了相應(yīng)的管控措施，具體如下：當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)觀測(cè)線路CVT二次電壓，開(kāi)展橫向、縱向?qū)Ρ确治?，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)及時(shí)申請(qǐng)停電檢查線路CVT。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)錄波裝置觀察CVT二次電壓的變化曲線，與CVT在典型試驗(yàn)電壓下鐵磁諧振的二次電壓試驗(yàn)波形對(duì)比，發(fā)現(xiàn)鐵磁諧振故障時(shí)應(yīng)及時(shí)申請(qǐng)停電檢查線路CVT。當(dāng)線路CVT因故障停電檢查時(shí)，及時(shí)開(kāi)展絕緣電阻、介損、電容量、變比測(cè)試，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、推算，計(jì)算出電容器內(nèi)電容單元的損壞數(shù)量，結(jié)合規(guī)程規(guī)定，給出線路CVT是否能正常投運(yùn)的結(jié)論。

［1］童鈺，房博一.一起220 kV線路CVT故障分析及防范措施［J］.電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2013（8）：78-82.

［2］李順堯.220 kV電容式電壓互感器試驗(yàn)方法探討［J］.高壓電器，2008（3）：280-282.

［3］孫鵬，陳舒捷.電容式電壓互感器二次電壓升高分析及處理［J］.電工文摘，2014（2）：5-9.

［4］魏菊芳，王楠，王偉，等.一起220 kV電容式電壓互感器二次電壓異常升高故障分析［J］.電機(jī)電器，2018（8）：40-45.

TM451

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.025

2095－6835（2020）18－0067－04

熊亮（1984—），男，湖北咸寧人，本科，工程師，主要從事變電站交流一次設(shè)備的試驗(yàn)、檢修方面的工作。韋宇（1980—），男，廣西來(lái)賓人，本科，工程師，主要從事變電站交流一次設(shè)備的試驗(yàn)、檢修方面的工作。庹印和（1987—），男，廣西百色人，本科，助理工程師，主要從事變電交流一次設(shè)備的試驗(yàn)、檢修方面的工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕